CN108374837B - 一种三磁路洛伦兹力磁轴承 - Google Patents

一种三磁路洛伦兹力磁轴承 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三磁路洛伦兹力磁轴承，主要由内转子组件、外转子组件和定子组件组成，内转子组件主要包括：内上轴向充磁磁钢、内中轴向充磁磁钢、内下轴向充磁磁钢、内上径向充磁磁钢、内下径向充磁磁钢、内隔磁环；外转子组件主要包括：外上轴向充磁磁钢、外中轴向充磁磁钢、外下轴向充磁磁钢、外上径向充磁磁钢、外下径向充磁磁钢、外隔磁环；定子组件主要包括杯形定子骨架和绕组线圈。轴向整环充磁磁钢与径向分块充磁磁钢组合工作，将传统单磁通回路拓扑为三磁通回路，通过两两回路磁场叠加达到提升磁场线性度和磁场强度的效果，利用轴向整环充磁磁钢补偿径向分块磁钢拼接处磁场的不连续性，能够有效降低功耗、提升控制精度。

Description

一种三磁路洛伦兹力磁轴承
技术领域
本发明涉及一种磁轴承，尤其涉及一种三磁路洛伦兹力磁轴承。
背景技术
根据电磁力计算和表示方法的不同可以将磁轴承分为磁阻式磁轴承和洛伦兹力磁轴承。前者通过控制磁轴承定子和转子间的气隙磁阻大小，改变电磁力大小和方向实现转子的无接触悬浮；后者通过放置在恒定磁场中的定子线圈电流的大小和方向，改变电磁力大小和方向，实现转子悬浮。洛伦兹力磁轴承方案设定后，气隙磁阻和磁动势均为恒值，磁密大小和方向不变，线圈有效长度为定值，导电线圈产生的电磁力只与电流有关，且理论上呈线性关系，具有较好的线性度，因而洛伦兹力磁轴承一般适合用于高精度控制。
授权专利ZL 201510146044.X所述的一种外转子洛伦兹力轴向磁轴承采用单边磁钢结构，具有结构简单、可靠性好的特点。授权专利ZL 201510144912.0所述的一种双定子三自由度洛伦兹力磁轴承能够实现轴向平动和径向两自由度偏转控制，且平动控制和偏转控制间完全解耦，提高了控制性能。授权专利ZL 201510243920.0所述的一种两自由度洛伦兹力外转子球面磁轴承采用球壳状气隙，转子可以较大角度偏转。但上述专利中均采用分块拼接而成的径向充磁磁钢，均为单磁通回路，工作气隙处磁通密度较小，大大增加了线圈功耗，同时磁钢拼接处磁场不连续，制约了控制精度的提升。
发明内容
本发明的目的是提供一种三磁路洛伦兹力磁轴承，采用轴向整环充磁磁钢与径向分块充磁磁钢组合工作的方式，将传统单磁通回路拓扑为三磁通回路。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的三磁路洛伦兹力磁轴承，主要由内转子组件、外转子组件和定子组件三部分组成，所述内转子组件主要包括：内上轴向充磁磁钢、内中轴向充磁磁钢、内下轴向充磁磁钢、内上径向充磁磁钢、内下径向充磁磁钢、内隔磁环；所述外转子组件主要包括：外上轴向充磁磁钢、外中轴向充磁磁钢、外下轴向充磁磁钢、外上径向充磁磁钢、外下径向充磁磁钢、外隔磁环；所述定子组件主要包括杯形定子骨架和绕组线圈；所述内转子组件位于定子组件径向内侧，内隔磁环位于内转子组件的径向内部，内上轴向充磁磁钢位于内转子组件径向外部上端，内中轴向充磁磁钢位于内转子组件径向外部中间，内下轴向充磁磁钢位于内转子组件径向外部下端，内上径向充磁磁钢位于内转子组件径向外部、内上轴向充磁磁钢和内中轴向充磁磁钢之间，内下径向充磁磁钢位于内转子组件径向外部、内中轴向充磁磁钢和内下轴向充磁磁钢之间；所述外转子组件位于定子组件径向外侧，外隔磁环位于外转子组件的径向外部，外上轴向充磁磁钢位于外转子组件径向内部上端，外中轴向充磁磁钢位于外转子组件径向内部中间，外下轴向充磁磁钢位于外转子组件径向内部下端，外上径向充磁磁钢位于外转子组件径向内部、外上轴向充磁磁钢和外中轴向充磁磁钢之间，外下径向充磁磁钢位于外转子组件径向内部、外中轴向充磁磁钢和外下径向充磁磁钢之间。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的三磁路洛伦兹力磁轴承，由于采用轴向整环充磁磁钢与径向分块充磁磁钢组合工作的结构方案，将传统单磁通回路拓扑为三磁通回路，通过两两回路磁场叠加达到提升磁场线性度和磁场强度的效果，利用轴向整环充磁磁钢补偿径向分块磁钢拼接处磁场的不连续性，能够有效降低洛伦兹力磁轴承的功耗、提升控制精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的三磁路洛伦兹力磁轴承的旋转剖视图；
图2a为本发明实施例中的轴向整环充磁磁钢的剖视图；
图2b为本发明实施例中的轴向整环充磁磁钢的三维方案图；
图3a、图3b分别为本发明实施例中的径向分块充磁的扇环磁钢俯视和剖视图；
图4为本发明实施例中的三磁路有限元二维磁路分布图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的三磁路洛伦兹力磁轴承，其较佳的具体实施方式是：
主要由内转子组件、外转子组件和定子组件三部分组成，所述内转子组件主要包括：内上轴向充磁磁钢、内中轴向充磁磁钢、内下轴向充磁磁钢、内上径向充磁磁钢、内下径向充磁磁钢、内隔磁环；所述外转子组件主要包括：外上轴向充磁磁钢、外中轴向充磁磁钢、外下轴向充磁磁钢、外上径向充磁磁钢、外下径向充磁磁钢、外隔磁环；所述定子组件主要包括杯形定子骨架和绕组线圈；所述内转子组件位于定子组件径向内侧，内隔磁环位于内转子组件的径向内部，内上轴向充磁磁钢位于内转子组件径向外部上端，内中轴向充磁磁钢位于内转子组件径向外部中间，内下轴向充磁磁钢位于内转子组件径向外部下端，内上径向充磁磁钢位于内转子组件径向外部、内上轴向充磁磁钢和内中轴向充磁磁钢之间，内下径向充磁磁钢位于内转子组件径向外部、内中轴向充磁磁钢和内下轴向充磁磁钢之间；所述外转子组件位于定子组件径向外侧，外隔磁环位于外转子组件的径向外部，外上轴向充磁磁钢位于外转子组件径向内部上端，外中轴向充磁磁钢位于外转子组件径向内部中间，外下轴向充磁磁钢位于外转子组件径向内部下端，外上径向充磁磁钢位于外转子组件径向内部、外上轴向充磁磁钢和外中轴向充磁磁钢之间，外下径向充磁磁钢位于外转子组件径向内部、外中轴向充磁磁钢和外下径向充磁磁钢之间。
所述的内上轴向充磁磁钢、内中轴向充磁磁钢、内下轴向充磁磁钢、外上轴向充磁磁钢、外中轴向充磁磁钢、外下轴向充磁磁钢均为圆环磁钢，采用整环轴向充磁。
所述的内上径向充磁磁钢、内下径向充磁磁钢、外上径向充磁磁钢、外下径向充磁磁钢均由若干扇环磁钢拼接而成，采用径向分块充磁。
所述的内上轴向充磁磁钢、内上径向充磁磁钢、外上轴向充磁磁钢和外上径向充磁磁钢构成第一磁通回路。
所述的内上径向充磁磁钢、内中轴向充磁磁钢、内下径向充磁磁钢、外上径向充磁磁钢、外中轴向充磁磁钢、外下径向充磁磁钢构成第二磁通回路。
所述的内下径向充磁磁钢、内下轴向充磁磁钢、外下径向充磁磁钢、外下轴向充磁磁钢构成第三磁通回路。
所述的第一磁通回路和第二磁通回路磁场叠加处、第二磁通回路和第三磁通回路磁场叠加处为绕组线圈的工作气隙。
本发明的三磁路洛伦兹力磁轴承，轴向整环充磁磁钢与径向分块充磁磁钢组合工作的新型洛伦兹力磁轴承，将传统单磁通回路拓扑为三磁通回路，通过两两回路磁场叠加达到提升磁场线性度和磁场强度的效果，利用轴向整环充磁磁钢补偿径向分块磁钢拼接处磁场的不连续性，能够有效降低功耗、提升控制精度。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明由于采用轴向整环充磁磁钢与径向分块充磁磁钢组合工作的结构方案，将传统单磁通回路拓扑为三磁通回路，通过两两回路磁场叠加达到提升磁场线性度和磁场强度的效果，利用轴向整环充磁磁钢补偿径向分块磁钢拼接处磁场的不连续性，能够有效降低洛伦兹力磁轴承的功耗、提升控制精度。
具体实施例：
如图1至图4所示，一种三磁路洛伦兹力磁轴承，主要由内转子组件、外转子组件和定子组件三部分组成；内转子组件主要包括：内上轴向充磁磁钢2A、内中轴向充磁磁钢2B、内下轴向充磁磁钢2C、内上径向充磁磁钢4A)、内下径向充磁磁钢4B、内隔磁环3；外转子组件主要包括：外上轴向充磁磁钢7A、外中轴向充磁磁钢7B、外下轴向充磁磁钢7C、外上径向充磁磁钢6A、外下径向充磁磁钢6B、外隔磁环8；定子组件主要包括杯形定子骨架1和绕组线圈5；内转子组件位于定子组件径向内侧，内隔磁环3位于内转子组件的径向内部，内上轴向充磁磁钢2A位于内转子组件径向外部上端，内中轴向充磁磁钢2B位于内转子组件径向外部中间，内下轴向充磁磁钢2C位于内转子组件径向外部下端，内上径向充磁磁钢4A位于内转子组件径向外部、内上轴向充磁磁钢2A和内中轴向充磁磁钢2B之间，内下径向充磁磁钢4B位于内转子组件径向外部、内中轴向充磁磁钢2B和内下轴向充磁磁钢2C之间；外转子组件位于定子组件径向外侧，外隔磁环8位于外转子组件的径向外部，外上轴向充磁磁钢7A位于外转子组件径向内部上端，外中轴向充磁磁钢7B位于外转子组件径向内部中间，外下轴向充磁磁钢7C位于外转子组件径向内部下端，外上径向充磁磁钢6A位于外转子组件径向内部、外上轴向充磁磁钢7A和外中轴向充磁磁钢7B之间，外下径向充磁磁钢6B位于外转子组件径向内部、外中轴向充磁磁钢7B和外下径向充磁磁钢6B之间。
内上轴向充磁磁钢2A、内中轴向充磁磁钢2B、内下轴向充磁磁钢2C、外上轴向充磁磁钢7A、外中轴向充磁磁钢7B、外下轴向充磁磁钢7C均为圆环磁钢，采用整环轴向充磁。
内上径向充磁磁钢4A、内下径向充磁磁钢4B、外上径向充磁磁钢6A、外下径向充磁磁钢6B均由若干扇环磁钢拼接而成，采用径向分块充磁。
内上轴向充磁磁钢2A、内上径向充磁磁钢4A、外上轴向充磁磁钢7A和外上径向充磁磁钢6A构成第一磁通回路。内上径向充磁磁钢4A、内中轴向充磁磁钢2B、内下径向充磁磁钢4B、外上径向充磁磁钢6A、外中轴向充磁磁钢7B、外下径向充磁磁钢6B构成第二磁通回路；内下径向充磁磁钢4B、内下轴向充磁磁钢2C、外下径向充磁磁钢6B、外下轴向充磁磁钢7C构成第三磁通回路。
如图4所示，第一磁通回路和第二磁通回路磁场叠加处、第二磁通回路和第三磁通回路磁场叠加处为绕组线圈5的工作气隙。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种三磁路洛伦兹力磁轴承，主要由内转子组件、外转子组件和定子组件三部分组成，其特征在于：
所述内转子组件主要包括：内上轴向充磁磁钢(2A)、内中轴向充磁磁钢(2B)、内下轴向充磁磁钢(2C)、内上径向充磁磁钢(4A)、内下径向充磁磁钢(4B)、内隔磁环(3)；
所述外转子组件主要包括：外上轴向充磁磁钢(7A)、外中轴向充磁磁钢(7B)、外下轴向充磁磁钢(7C)、外上径向充磁磁钢(6A)、外下径向充磁磁钢(6B)、外隔磁环(8)；
所述定子组件主要包括杯形定子骨架(1)和绕组线圈(5)；
所述内转子组件位于定子组件径向内侧，内隔磁环(3)位于内转子组件的径向内部，内上轴向充磁磁钢(2A)位于内转子组件径向外部上端，内中轴向充磁磁钢(2B)位于内转子组件径向外部中间，内下轴向充磁磁钢(2C)位于内转子组件径向外部下端，内上径向充磁磁钢(4A)位于内转子组件径向外部、内上轴向充磁磁钢(2A)和内中轴向充磁磁钢(2B)之间，内下径向充磁磁钢(4B)位于内转子组件径向外部、内中轴向充磁磁钢(2B)和内下轴向充磁磁钢(2C)之间；
所述外转子组件位于定子组件径向外侧，外隔磁环(8)位于外转子组件的径向外部，外上轴向充磁磁钢(7A)位于外转子组件径向内部上端，外中轴向充磁磁钢(7B)位于外转子组件径向内部中间，外下轴向充磁磁钢(7C)位于外转子组件径向内部下端，外上径向充磁磁钢(6A)位于外转子组件径向内部、外上轴向充磁磁钢(7A)和外中轴向充磁磁钢(7B)之间，外下径向充磁磁钢(6B)位于外转子组件径向内部、外中轴向充磁磁钢(7B)和外下径向充磁磁钢(6B)之间；
所述的内上轴向充磁磁钢(2A)、内中轴向充磁磁钢(2B)、内下轴向充磁磁钢(2C)、外上轴向充磁磁钢(7A)、外中轴向充磁磁钢(7B)、外下轴向充磁磁钢(7C)均为圆环磁钢，采用整环轴向充磁；
所述的内上径向充磁磁钢(4A)、内下径向充磁磁钢(4B)、外上径向充磁磁钢(6A)、外下径向充磁磁钢(6B)均由若干扇环磁钢拼接而成，采用径向分块充磁；
所述的内上轴向充磁磁钢(2A)、内上径向充磁磁钢(4A)、外上轴向充磁磁钢(7A)和外上径向充磁磁钢(6A)构成第一磁通回路；
所述的内上径向充磁磁钢(4A)、内中轴向充磁磁钢(2B)、内下径向充磁磁钢(4B)、外上径向充磁磁钢(6A)、外中轴向充磁磁钢(7B)、外下径向充磁磁钢(6B)构成第二磁通回路；
所述的内下径向充磁磁钢(4B)、内下轴向充磁磁钢(2C)、外下径向充磁磁钢(6B)、外下轴向充磁磁钢(7C)构成第三磁通回路；
所述的第一磁通回路和第二磁通回路磁场叠加处、第二磁通回路和第三磁通回路磁场叠加处为绕组线圈(5)的工作气隙。
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